Een legering is een stof die wordt gemaakt door twee of meer elementen samen te voegen waarbij het primaire bestanddeel een metaal is. De meeste legeringen worden gevormd door de elementen samen te smelten. Bij afkoeling kristalliseert een legering tot een vaste stof, een intermetallische verbinding of een mengsel dat niet met een fysische methode kan worden gescheiden. Hoewel een legering metalloïden of niet-metalen kan bevatten, vertoont het de eigenschappen van een metaal.
Het primaire metaal in een legering wordt het basismetaal, oplosmiddel, of matrix genoemd. Secundaire elementen worden oplosmiddelen genoemd. Ongewenste elementen worden onzuiverheden genoemd. Als de legering uit slechts twee elementen bestaat, is het resultaat een binaire legering. Als er drie elementen zijn, is het resultaat een ternaire legering. Door het percentage elementen te variëren ontstaan binaire systemen, ternaire systemen, quaternaire systemen, enzovoort.
Voorbeelden van legeringen
Bekende voorbeelden van legeringen zijn messing, brons, roestvrij staal, 14k goud, sterling zilver, en gietijzer.
- Alnico: Alnico bevat ten minste 50% ijzer, met aluminium, nikkel, kobalt, en andere metalen. Het wordt gebruikt in pickups voor elektrische gitaren en luidsprekermagneten.
- Amalgaam: Een amalgaam is een kwiklegering. Omdat zuiver kwik een vloeibaar element is, hebben amalgamen de neiging pasta-achtig te zijn. Kwik heeft ook een hoge dampdruk, dus soms wordt een amalgaam verhit om het kwik te verdrijven, waardoor de andere componenten overblijven.
- Messing: Messing is een legering van koper met tin en soms andere elementen. Omdat het hard en taai is, wordt messing gebruikt in bewerkte onderdelen en loodgieterswerk.
- Brons: Brons is een legering van koper en tin, soms met andere elementen. Brons wordt gebruikt in standbeelden en sommige muziekinstrumenten.
- Gietijzer: Gietijzer is een voorbeeld van een legering die een niet-metaal bevat. Het is ijzer met ten minste 2% koolstof.
- Electrum: Electrum is een natuurlijk voorkomende legering van zilver en goud.
- 14k Goud: 14k goud bestaat voor 58,5% uit goud, meestal met zilver, koper, en zink. Door goud te legeren wordt het harder en sterker.
- 18k goud: 18k goud bestaat voor 75% uit goud, meestal met koper, nikkel of zink. De legering behoudt de kleur en glans van goud, maar is harder en sterker dan het zuivere element.
- Meteoritisch ijzer: Meteorieten hebben een variabele samenstelling, maar sommige zijn natuurlijke legeringen van ijzer en nikkel.
- Nitinol: Nitinol bestaat voor 50-55% uit nikkel en voor 45-50% uit titanium. Het is een vorm-geheugen legering gebruikt in brilmonturen, medische artikelen, en temperatuur schakelaars.
- Pewter: Tinnen is een tinlegering. De andere elementen kunnen koper, antimoon of lood zijn. Tinnen is sterker dan zuiver tin, buigzaam, en bestand tegen afbrokkelen bij lage temperaturen.
- Sterling zilver: Sterling zilver bestaat voor 92,5% uit zilver, meestal met koper, maar soms met andere elementen. Het legeren van zilver maakt het harder en duurzamer, maar ook gevoelig voor aanslag.
Hoe legeringen worden gemaakt
Twee methoden leiden tot legeringvorming. Deze methoden kunnen worden gecombineerd om een derde type legering te vormen.
- Substitutionele legering – Een substitutionele legering ontstaat wanneer een atoom uitwisselt met een ander atoom van vergelijkbare grootte. Messing en brons zijn voorbeelden van substitutie-legeringen. Tin of zink vervangen respectievelijk enkele van de koperatomen in het kristalrooster.
- Interstitiële legering – Een interstitiële legering wordt gevormd wanneer kleinere atomen vast komen te zitten in het kristalrooster van grotere atomen. Staal is een voorbeeld van een interstitiële legering. Koolstofatomen passen in de tussenruimten van de ijzerkristalmatrix.
Sommige legeringen ontstaan uit een combinatie van atoomwisseling en interstitiële mechanismen. Roestvrij staal heeft bijvoorbeeld koolstofatomen in de tussenruimten, plus nikkel- en chroomatomen die enkele koolstofatomen vervangen.
Allegeringstoepassingen
Legeringen hebben chemische en fysische eigenschappen die beter zijn voor een toepassing dan zuivere elementen. Meer dan 90% van de metalen die commercieel worden gebruikt, zijn legeringen. Legeringen zijn beter dan zuivere elementen op het gebied van corrosiebestendigheid, hittebestendigheid, hardheid, bewerkbaarheid, verbeterde slijtage, of speciale elektrische of magnetische eigenschappen. Soms weerspiegelt de verbetering gewoon kosteneffectiviteit, waarbij een legering de belangrijkste eigenschappen van een zuiver metaal behoudt, maar minder duur is.
- Buchwald, Vagn Fabritius (2005). IJzer en Staal in de Oudheid. Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN 978-87-7304-308-0.
- Callister, W.D. (2007) Materials Science and Engineering: An Introduction (7e ed.). John Wiley and Sons, Inc. ISBN 978-0-471-73696-7.
- Cretu, C.; Van Der Lingen, E. (1999). “Gekleurde goudlegeringen”. Gold Bulletin. 32 (4): 115. doi:10.1007
- Emsley, John (2003). De bouwstenen van de natuur: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 0198503407.